中国石油大学采油工程实验报告
实验日期：2013.10.19 成绩：
班级： 学号： 姓名： 教师：
同组者：
垂直管流实验
一、实验目的
（1）观察垂直井筒中出现的各种流型，掌握流型判别方法；
（2）验证垂直井筒多相管流压力分布计算模型；
（3）了解自喷及气举采油的举升原理。
二、实验原理
在许多情况下，当油井的井口压力高于原油饱和压力时，井筒内流动着的是单相液体。当自喷井的井底压力低于饱和压力时，则整个油管内部都是气-液两相流动。油井生产系统的总压降大部分是用来克服混合物在油管中流动时的重力和摩擦损失，只有当气液两相的流速很高时（如环雾流型），才考虑动能损失。在垂直井筒中，井底压力大部分消耗在克服液柱重力上。在水平井水平段，重力损失也可以忽略。所以，总压降的通式为：
式中：
——重力压降；
——摩擦压降；
——加速压降。
在流动过程中，混合物密度和摩擦力随着气-液体积比、流速及混合物流型而变化。油井中可能出现的流型自下而上依次为：纯油流、泡流、段塞流、环流和雾流。除某些高产量凝析气井和含水气井外，一般油井都不会出现环流和雾流。
本实验以空气和水作为实验介质，用阀门控制井筒中的气、水比例并通过仪表测取相应的流量和压力数据，同时可以从透明的有机玻璃管中观察相应的流型。
三、实验设备及材料
仪器与设备：自喷井模拟器，空气压缩机，离心泵，秒表等；
实验介质：空气，水。
四、实验步骤
- 检查自喷井模拟器的阀门开关状态，保证所有阀门都关闭，检查稳压罐的液位（3/4液位）；
- 打开空气压缩机及供气阀门；
- 打开离心泵向系统供液；
- 打开液路总阀，向稳压罐中供液，控制稳压罐减压阀，保证罐内压力不超过0.12MPa ；
- 待液面达到罐体3/4高度，关闭液路总阀，轻轻打开气路总阀和气路旁通阀，向实验管路供气，保证气路压力不大于0.5MPa ，稳压罐压力约为0.8MPa；
- 轻轻打开液路旁通阀，向系统供液，待液面上升至井口时，可以改变气液阀门的相对大小，观察井筒中出现的各种流型；
- 慢慢打开液路测试阀门和气路测试阀门，然后关闭气路旁通阀和液路旁通阀，调节到所需流型，待流型稳定后开始测量；
- 按下流量积算仪清零按钮，同时启动秒表计时，观察井底流压和气体浮子流量计的示数。当计时到10秒时，记录井底流压、气体流量、液体累计流量和所用时间；
- 改变不同的气液流量，重复步骤7到8记录数据，一般取5组段塞流和5组泡流数据点。
- 打开气、液旁通阀，再关闭测试阀，关闭离心泵和空压机，清理实验装置，实验结束。
五、数据处理
（1）基本参数：
D=30mm h=6.0m νs=0.244m/s
ρg=1.29kg/m3 ρL=1000kg/m3 s=0.072mN/m e=4.57×10-5m
（2）实验测得的数据：
表1 数据记录表
（3）计算举例：
以第4组数据为例：
取 
=0.13
则
由此可推出： 
,根据流型判别方法（Orkiszewski方法）计算第4组数据属于段塞流，实验观察现象也为段塞流，验证流型判别方法（Orkiszewski方法）的正确性。
六、注意事项
（1）不要踩踏地面的各种管道；
（2）操作自喷井模拟器时要注意稳压罐中的液位，不要打空或溢出；
（3）观察的浮子流量计和压力表示数应读取测量时间内的平均值；
（4）浮子流量计的单位和流量积算仪的单位；
（5）注意流量积算仪的清零方法。
七、思考题
1、简述泡流和段塞流的特征
答：（1）泡流：气体是分散相；液体是连续相；气体主要影响混合物的密度，对摩擦阻力的影响不大；滑脱效应比较严重。
（2）段塞流：气体呈分散相，液体呈连续相；一段气一段液交替出现；气体膨胀能得到较好的利用；滑脱损失变小，摩擦损失变大。
2、简述滑脱和滑脱损失的概念
答：滑脱：是指在气液两相管流中，由于气体和液体件密度的差异而产生气体超越流体的现象，这种现象称为滑脱。
滑脱损失：当出现滑脱之后将增大气液混合物的密度从而增大混合物的重力消耗，因滑脱而产生的附加压力损失称为滑脱损失。
3、简述油井垂直多相管流的压力损失主要由哪几部分组成？
压力损失主要有：混合物在管流中的重力损失和摩擦损失，当气液两相流速很高时，要考虑能量损失。另外，损失还包括加速损失。
八、实验小结
本次实验中，通过老师对之前学过知识的提问以及老师认真的讲解，我对垂直井筒油水两相流动的规律有了进一步的认识，同时对于管流中能量的消耗有了更深入的理解。本次试验中主要是对段塞流进行观察，刚开始时，气泡非常少，后气泡逐渐增多形成柱塞。原因是刚开始时，井筒中压力低于饱和压力，模拟的溶解气开始从水中分离出来，这时，气体都以小气泡分散在水中，此时的流动为泡流。当继续上升时，压力逐渐降低，气体不断膨胀，小气泡合并成大气泡，直到能够占据整个油管断面。同时，通过计算得到的流型和实验观察到的流型相一致，验证了该流型判断方法的准确性。小组成员通力合作，顺利完成实验。最后感谢老师的认真指导。
本次实验中老师采取提问方式促进了我们思考，真正的参与到整个实验的原理设计以及实验的过程分析，即帮助我们对以往知识进行复习，又让我们对实验有了更加深入而理解。我认为这种教学方法很好。
第二篇：垂直管流实验 石油工程20xx-10班 9 08021459 刘明
垂直管流实验
一、实验目的
（1）观察垂直井筒中出现的各种流型，掌握流型判别方法；
（2）验证垂直井筒多相管流压力分布计算模型；
（3）了解自喷及气举采油的举升原理。
二、实验原理
在许多情况下，当油井的井口压力高于原油饱和压力时，井筒内流动着的是单相液体。当自喷井的井底压力低于饱和压力时，则整个油管内部都是气-液两相流动。油井生产系统的总压降大部分是用来克服混合物在油管中流动时的重力和摩擦损失，只有当气液两相的流速很高时（如环雾流型），才考虑动能损失。在垂直井筒中，井底压力大部分消耗在克服液柱重力上。在水平井水平段，重力损失也可以忽略。所以，总压降的通式为：
式中：
——重力压降；
——摩擦压降；
——加速压降。
在流动过程中，混合物密度和摩擦力随着气-液体积比、流速及混合物流型而变化。油井中可能出现的流型自下而上依次为：纯油流、泡流、段塞流、环流和雾流。除某些高产量凝析气井和含水气井外，一般油井都不会出现环流和雾流。
本实验以空气和水作为实验介质，用阀门控制井筒中的气、水比例并通过仪表测取相应的流量和压力数据，同时可以从透明的有机玻璃管中观察相应的流型。
三、实验设备及材料
仪器与设备：自喷井模拟器，空气压缩机，离心泵，秒表等；
实验介质：空气，水。
四、实验步骤
- 检查自喷井模拟器的阀门开关状态，保证所有阀门都关闭，检查稳压罐的液位（3/4液位）；
- 打开空气压缩机及供气阀门；
- 打开离心泵向系统供液；
- 打开液路总阀，向稳压罐中供液，控制稳压罐减压阀，保证罐内压力不超过0.12MPa ；
- 待液面达到罐体3/4高度，关闭液路总阀，轻轻打开气路总阀和气路旁通阀，向实验管路供气，保证气路压力不大于0.5MPa ，稳压罐压力约为0.8MPa；
- 轻轻打开液路旁通阀，向系统供液，待液面上升至井口时，可以改变气液阀门的相对大小，观察井筒中出现的各种流型；
- 慢慢打开液路测试阀门和气路测试阀门，然后关闭气路旁通阀和液路旁通阀，调节到所需流型，待流型稳定后开始测量；
- 按下流量积算仪清零按钮，同时启动秒表计时，观察井底流压和气体浮子流量计的示数。当计时到10秒时，记录井底流压、气体流量、液体累计流量和所用时间；
- 改变不同的气液流量，重复步骤7到8记录数据，一般取5组段塞流和5组泡流数据点。
- 打开气、液旁通阀，再关闭测试阀，关闭离心泵和空压机，清理实验装置，实验结束。
三、数据处理
（1）基本参数：
D=30mm h=6.0m ρg=1.29kg/m3 ρL=1000kg/m3
σ=0.072mN/m ε=4.57×10-5m νs=0.244m/s
（2）实验测得的数据：
（3）计算举例：
以第6组数据为例：
取
=0.13
=0.13
则
由此可推出： 
,根据流型判别方法（奥齐思泽斯基方法）计算第6组数据属于段塞流，实验观察现象也为段塞流，验证流型判别方法（奥齐思泽斯基方法）的正确性。
四、注意事项
（1）不要踩踏地面的各种管道；
（2）操作自喷井模拟器时要注意稳压罐中的液位，不要打空或溢出；
（3）观察的浮子流量计和压力表示数应读取测量时间内的平均值；
（4）浮子流量计的单位和流量积算仪的单位；
（5）注意流量积算仪的清零方法。
五、思考题
简述垂直井筒中各种流型的特征
答：
（1）纯液流：当井筒压力大于饱和压力时，天然气溶解在原油中产液呈单相液流。
（2）泡流：气体是分散相；液体是连续相；气体主要影响混合物的密度，对摩擦阻力的影响不大；滑脱效应比较严重。
（3）段塞流：气体呈分散相，液体呈连续相；一段气一段液交替出现；气体膨胀能得到较好的利用；滑脱损失变小，摩擦损失变大。
（4）环流：气液两相都是连续相；气体举油作用主要是靠摩擦携带；滑脱损失变小，摩擦损失变大。
（5）雾流：气体是连续相，液体是分散相；气体以很高的速度携带液滴喷出井口；气、液之间的相对运动速度很小；气相是整个流动的控制因素。